一種激光投線儀校準(zhǔn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種激光投線儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括底座、支架、8個采樣光管；支架固定在底座上，采樣光管固定在支架上；每個采樣光管均包括平行光管、數(shù)字相機(jī)、鏡頭定位套筒、光管套，平行光管通過光管套固定在支架上，鏡頭定位套筒固定在平行光管上，數(shù)字相機(jī)依次通過接口轉(zhuǎn)換件、鏡頭套筒與鏡頭定位套筒連接；數(shù)字相機(jī)前端設(shè)置有USB接口；本發(fā)明與光管微小角度測量、機(jī)器視覺測量技術(shù)、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)結(jié)合對激光投線儀進(jìn)行精度檢測及校準(zhǔn)，檢測結(jié)果能夠量化、存儲及建庫管理。本發(fā)明裝配拆解方便，校準(zhǔn)簡單，占地面積小，且可以大大減小激光對人眼的傷害，減輕人員工作量，避免人的主觀因素的影響，同時提高了檢測校準(zhǔn)的效率與精度。
【專利說明】一種激光投線儀校準(zhǔn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光投線儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于機(jī)器視覺測量技術(shù)的激光投線儀數(shù)字化檢測校準(zhǔn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光投線儀是一種新型的激光類小型化測繪測量儀器，由于成本低廉、操作簡單、精度可靠以及非接觸式的測量方式，使得激光投線儀在機(jī)械加工、家具制造、建筑裝潢等相關(guān)領(lǐng)域得到普及，市場前景廣闊。它大多采用635nm激光二極管，可以在墻面等被射物體表面上投射出可見的紅色水平直線和鉛垂直線，起到標(biāo)定基準(zhǔn)線的作用，所以又稱激光投線儀為激光標(biāo)線儀。近年來又出現(xiàn)了采用波長為532nm的綠光激光的投線儀，視覺效果更好。
[0003]激光投線儀的安平結(jié)構(gòu)有重力擺結(jié)構(gòu)和電子安平結(jié)構(gòu)兩種。其達(dá)到安平狀態(tài)后便可投射出精度很高的水平直線和鉛錘直線，水平直線和鉛錘直線構(gòu)成正交平面。一個簡單的激光投線儀只有一條水平直線，復(fù)雜的有4條水平直線和4條前垂直線。2條或2條以上的鉛垂直線會在天頂相交并產(chǎn)生一個天頂點。鉛垂直線分為共面直線和正交直線。
[0004]激光投線儀在出廠前都會經(jīng)過校準(zhǔn)，對激光直線的直線度、垂直度和天頂點的位置度等指標(biāo)進(jìn)行檢測，確保其達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或業(yè)界統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方式需要在足夠遠(yuǎn)的距離處放置對應(yīng)的校準(zhǔn)靶板，然后是激光直線投射到各個靶板上面，通過閉路監(jiān)視系統(tǒng)將畫面匯集到顯示器由人眼判斷檢測結(jié)果。此方法占地面積大，容易因檢驗員疲勞而發(fā)生誤判，并且難以對測量值量化，不利于管理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對【背景技術(shù)】存在的問題，本發(fā)明提供一種激光投線儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，以解決激光投線儀校準(zhǔn)問題，為相關(guān)行業(yè)提供簡單、可靠的檢測校準(zhǔn)工具及解決方案。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0007]—種激光投線儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括底座、支架、8個采樣光管；支架固定在底座上，采樣光管固定在支架上；
[0008]每個采樣光管均包括平行光管2、數(shù)字相機(jī)3、鏡頭定位套筒7、光管套8，平行光管2通過光管套8固定在支架上，鏡頭定位套筒7固定在平行光管2上，數(shù)字相機(jī)3依次通過接口轉(zhuǎn)換件27、鏡頭套筒26與鏡頭定位套筒7連接；數(shù)字相機(jī)3前端設(shè)置有USB接口；
[0009]所述的8個采樣光管包括的8個平行光管分別為平行光管2、平行光管48、平行光管49、平行光管50、平行光管51、平行光管52、平行光管53、平行光管54 ；
[0010]平行光管2和平行光管54標(biāo)定了鉛錘面Vl ;平行光管54和平行光管53標(biāo)定了鉛錘面V2 ;平行光管54、平行光管49和平行光管51標(biāo)定了鉛錘面V3 ;平行光管48、平行光管50和平行光管52標(biāo)定了水平面H ;鉛錘面Vl和鉛錘面V2處在同一平面,鉛錘面V3垂直于鉛錘面Vl和鉛錘面V2所在的平面,水平面H垂直于鉛錘面V1、V2、V3所在的平面。
[0011]所述接口轉(zhuǎn)換件27通過接口轉(zhuǎn)換件定位螺釘6固定在鏡頭套筒26上，鏡頭套筒26通過鏡頭套筒定位螺絲22固定在鏡頭定位套筒7上，鏡頭定位套筒7通過鏡頭定位套筒定位螺絲23固定在平行光管2上，平行光管2通過平行光管微調(diào)定位螺絲4固定在光管套8上，光管套8通過光管套固定螺栓固定在支架上。
[0012]所述底座為半圓形，所述支架包括前支架、后支架、側(cè)支架，后支架固定在半圓形的直邊上，前支架及側(cè)支架固定在半圓形的弧形邊上。
[0013]所述支架包括上桿和下桿；下桿內(nèi)為空腔，上桿設(shè)置在空腔內(nèi)且在空腔內(nèi)上下移動，并通過固定旋鈕與下桿固定。
[0014]所述上桿外表面設(shè)置有外螺紋，下桿內(nèi)表面設(shè)置有內(nèi)螺紋，上桿通過螺紋在下桿中旋進(jìn)或旋出。
[0015]使用時，每個采樣光管的數(shù)字相機(jī)都通過USB數(shù)據(jù)線連接至USB集線器，USB集線器連接至電腦USB端口。本發(fā)明采集投射到平行光管分劃板的激光直線的圖像，通過放置在平行光管后面的數(shù)字相機(jī)將圖像拍攝下來，并將圖像通過USB數(shù)據(jù)線傳輸?shù)诫娔X端；高速的USB2.0保證數(shù)字相機(jī)拍攝的圖像可以實時顯示在計算機(jī)屏幕上；利用機(jī)器視覺測量技術(shù)對采集的圖片按照控制軟件(為此系統(tǒng)編寫的算法)進(jìn)行分類計算，最后由電腦將計算結(jié)果整合到一起，并將檢測的各個量值和判斷的結(jié)果通過計算機(jī)顯示器反饋給操作員。操作員根據(jù)反饋的結(jié)果將合格的產(chǎn)品的檢測參數(shù)以excel文件保存在電腦。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:
[0017]1、本發(fā)明通過在水平、垂直、正交方向架設(shè)的8個采樣光管，分別采集水平激光直線、鉛錘激光直線和正交激光直線，其中的采樣光管在使得裝配調(diào)教方便的同時保證了數(shù)字相機(jī)可以拍攝到清晰的圖像，并最大程度的減少外界環(huán)境對圖像的影響。
[0018]2、本發(fā)明中的底座和支架全部為鋼結(jié)構(gòu)，可以提供足夠的剛度，保證測量校準(zhǔn)工作的順利準(zhǔn)確的進(jìn)行；其占地面積小，長寬高均控制在1.5米內(nèi)，裝配方便。
[0019]3、本發(fā)明使用時通過機(jī)器視覺測量技術(shù)與相應(yīng)的軟件的配合來代替人眼完成檢驗測量工作，并加入了平行光管的測角技術(shù)使得系統(tǒng)整體小型化，并保證了激光投線儀的檢測校準(zhǔn)工作能夠便捷高效準(zhǔn)確地進(jìn)行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明中采樣光管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明中采樣光管的組裝圖。
[0023]圖4是平行光管示意圖。
[0024]圖5是鏡頭定位套筒的正視圖。
[0025]圖6是鏡頭定位套筒的左視圖。
[0026]圖7是鏡頭套筒的半剖視圖。
[0027]圖8是鏡頭套筒的等軸測視圖。
[0028]圖9是接口轉(zhuǎn)換件的剖面圖。
[0029]圖10是接口轉(zhuǎn)換件的等軸測視圖。
[0030]圖11是本發(fā)明中支架的正視圖。
[0031]圖12是本發(fā)明的裝配效果圖。[0032]圖13是平行光管測角原理圖。
[0033]圖14是本發(fā)明采樣校準(zhǔn)原理圖。
[0034]圖15是本發(fā)明采用的控制軟件流程圖。
[0035]圖16是本發(fā)明定標(biāo)處理流程圖。
[0036]圖17是本發(fā)明激光線處理流程圖。
[0037]其中，I一后支架、2—平行光管、3—數(shù)字相機(jī)、4一平行光管微調(diào)定位螺絲、5—光管套固定螺栓、6—接口轉(zhuǎn)換件定位螺釘、7—鏡頭定位套筒、8—光管套、9一側(cè)支架、10—支架固定螺釘、11一相機(jī)USB接口、12—前支架、13—底座、14一激光投線儀安放臺、15—激光投線儀、16—平行光管物鏡、17—螺紋孔、18—外表面、19 一內(nèi)表面、20—分劃板、21—內(nèi)腔、22—鏡頭套筒定位螺絲、23—鏡頭定位套筒定位螺絲、24—微調(diào)定位螺孔、25 —固定螺孔、26—鏡頭套筒、27—接口轉(zhuǎn)換件、28—螺紋孔、29—空腔、30—內(nèi)螺紋、31—鏡頭套定位螺紋孔、32—螺紋、33—內(nèi)孔、34—相機(jī)鏡頭、35—偏振片、36—內(nèi)表面、37—偏振片、38—凹槽、39—外螺紋、40—適配支架、41 一外螺紋、42—上桿、43—外螺紋、44 一固定旋鈕、45—下桿、46—內(nèi)螺紋、47—螺紋孔、48—平行光管、49 一平行光管、50—平行光管、51—平行光管、
52—平行光管、53—平行光管、54—平行光管。
【具體實施方式】
[0038]下面將結(jié)合附圖和實施示例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述說明，但該描述僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0039]如圖1所示，本發(fā)明包括底座、支架、8個采樣光管；支架固定在底座上，采樣光管固定在支架上；
[0040](I)采樣光管的裝配
[0041]圖2是采樣光管的結(jié)構(gòu)，采樣光管均包括平行光管2、數(shù)字相機(jī)3、鏡頭定位套筒7、光管套8，平行光管2通過光管套8固定在支架上，鏡頭定位套筒7固定在平行光管2上，數(shù)字相機(jī)3依次通過接口轉(zhuǎn)換件27、鏡頭套筒26與鏡頭定位套筒7連接；數(shù)字相機(jī)3前端設(shè)置有USB接口 ；如圖4一圖10所示，優(yōu)選的，接口轉(zhuǎn)換件27通過其外螺紋39與數(shù)字相機(jī)連接在一起，接口轉(zhuǎn)換件27上面鑲嵌的偏振片37與鏡頭套筒26上鑲嵌的偏振片35相互配合可以調(diào)節(jié)透過光的光強(qiáng)，當(dāng)兩個偏振片的偏振方向一致時，光強(qiáng)最大，當(dāng)偏振方向垂直時，光強(qiáng)最小，通過旋轉(zhuǎn)鏡頭套筒26可以使兩片偏振片的偏正方向夾角改變。接口轉(zhuǎn)換件27可以伸入到鏡頭套筒26的內(nèi)腔33中，并用四個接口轉(zhuǎn)換件定位螺釘6穿過鏡頭套定位螺紋孔31抵在接口轉(zhuǎn)換件27的凹槽38上進(jìn)行定位，調(diào)節(jié)接口轉(zhuǎn)換件定位螺釘6可以使接口轉(zhuǎn)換件27在內(nèi)孔33中做垂直于光軸的移動。鏡頭套筒26上面的細(xì)密螺紋32部分旋入鏡頭定位套筒7的空腔29中，并與鏡頭定位套筒7的內(nèi)螺紋30配合，通過旋轉(zhuǎn)可以改變相機(jī)鏡頭34的像距，調(diào)節(jié)到一個合適的位置后通過鏡頭定位套筒7上的螺紋孔28用鏡頭套筒定位螺絲22進(jìn)行固定。鏡頭定位套筒7可以嵌到平行光管2的內(nèi)腔21中，通過鏡頭定位套筒定位螺絲23穿過螺紋孔17進(jìn)行固定。鏡頭定位套筒7外表面與平行光管2內(nèi)腔21內(nèi)表面做成光滑表面，可以使其相互旋轉(zhuǎn)。平行光管2上安裝帶角度分化的分劃板20。平行光管2放置在光管套8中，并用八個平行光管微調(diào)定位螺絲4對平行光管2進(jìn)行定位。
[0042]將上述的結(jié)構(gòu)件按照圖2的方式進(jìn)行組裝，效果如圖3。光線經(jīng)過平行光管物鏡16、相機(jī)鏡頭34、偏振片35、偏振片37后被數(shù)字相機(jī)捕獲。優(yōu)選的，接口轉(zhuǎn)換件27的內(nèi)表面36、鏡頭套筒26的內(nèi)腔33和平行光管2的內(nèi)表面19要做磨砂處理并均勻涂抹黑色低反光涂料，以防止光線在采樣光管中傳播是反射強(qiáng)烈影響捕獲的圖像質(zhì)量。平行光管微調(diào)定位螺絲4通過光管套8的微調(diào)定位螺孔24接觸的外表面18對平行光管2進(jìn)行微調(diào)定位。
[0043](2)總體裝配
[0044]將一個前支架12、兩個側(cè)支架9、一個后支架I用支架固定螺絲10固定到底座13上，底座為半圓形，后支架固定在半圓形的直邊上，前支架及側(cè)支架固定在半圓形的弧形邊上。優(yōu)選的，兩個側(cè)支架9關(guān)于前支架12對稱。光管套8用光管套固定螺栓5通過固定螺孔25分別固定到前支架12、側(cè)支架9和后支架I上面。優(yōu)選的，用支架定位螺絲10將激光投線儀支架14通過螺紋孔47固定在底座13上。優(yōu)選的，支架14包括上桿和下桿；下桿內(nèi)為空腔，上桿設(shè)置在空腔內(nèi)且在空腔內(nèi)上下移動，并通過固定旋鈕與下桿固定，上桿外表面設(shè)置有外螺紋，下桿內(nèi)表面設(shè)置有內(nèi)螺紋，上桿通過螺紋在下桿中旋進(jìn)或旋出，通過上桿42的外螺紋43和下桿45的內(nèi)螺紋46連接在一起，并用固定旋鈕44固定上桿42的位置，如圖11所示。將激光投線儀15安放在上桿42的適配支架40上，通過適配支架40的外螺紋41與激光投線儀15底部的螺紋孔連接。最后將每臺數(shù)字相機(jī)3后面的相機(jī)USB接口通過USB數(shù)據(jù)線連接到USB集線器，將USB集線器通過USB數(shù)據(jù)線連接至電腦USB端口。
[0045]裝配完成的效果如圖12所示(USB數(shù)據(jù)線連接部分未畫出)。其中，平行光管2和平行光管54標(biāo)定了鉛錘面Vl ;平行光管54和平行光管53標(biāo)定了鉛錘面V2 ;平行光管54、平行光管49和平行光管51標(biāo)定了鉛錘面V3 ;平行光管48、平行光管50和平行光管52標(biāo)定了水平面H。鉛錘面Vl和鉛錘面V2處在同一平面,鉛錘面V3垂直于鉛錘面Vl和鉛錘面V2所在的平面,水平面H垂直于鉛錘面V1、V2、V3所在的平面。鉛錘面V1、V2、V3上的平行光管用來校準(zhǔn)激光投線儀所發(fā)射的鉛錘激光線直線度及垂直度，水平面H上的用來校準(zhǔn)水平激光線直線度。平行光管可以做適當(dāng)精簡，鉛錘面V3中的平行光管49與水平面H中的平行光管50可以在滿足校準(zhǔn)精度要求的前提下省去，即本發(fā)明可適用于6根、7根和8根平行光管的裝配的校準(zhǔn)平臺。
[0046](3)控制軟件流程及系統(tǒng)校準(zhǔn)原理
[0047]控制軟件流程:
[0048]1.打開為此系統(tǒng)編寫的特定的控制軟件，與每臺相機(jī)進(jìn)行通信測試，無錯誤后進(jìn)入工作模式；
[0049]2.若為第一次使用則需要進(jìn)行定標(biāo)，即將每個平行光管2的分劃板20的中心線坐標(biāo)與線對間隔值用數(shù)字相機(jī)3標(biāo)定。標(biāo)定時，關(guān)閉激光投線儀15并用均勻柔和的光線垂直照射平行光管物鏡16，在電腦屏幕上看到清晰的像時捕獲圖像，然后用數(shù)字圖像處理技術(shù)提取出分劃板20上的刻線，根據(jù)提取到的每條刻線的坐標(biāo)得到標(biāo)定值；
[0050]3.打開激光投線儀，在電腦屏幕上看到激光線時捕獲畫面，經(jīng)電腦計算后得出檢測結(jié)果。檢測合格則換下一個激光投線儀，檢測不合格則對激光投線儀校準(zhǔn)后再次測量；
[0051]4.將校準(zhǔn)檢測結(jié)果保存在Excel文件。
[0052]控制軟件流程如圖15所示，定標(biāo)流程如圖16所示，激光線圖像處理流程如圖17所示。
[0053]本系統(tǒng)校準(zhǔn)原理:[0054]圖13為平行光管測量角度的原理圖，激光器發(fā)射的激光與平行光管光軸的夾角為α，經(jīng)過平行光管物鏡折射后投影到分劃板的像到光軸的距離為y，投影點到物鏡中心點的連線與光軸的夾角為β，物鏡焦距為f，則:
[0055]β =arctan (y/f)
[0056]由平行光束通過光學(xué)系統(tǒng)后必相交于像方焦平面上同一點的性質(zhì)可知:
[0057]α = β
[0058]即實現(xiàn)了角度測量。
[0059]激光線的中間和兩段采樣后得到如圖14所示的結(jié)果，分別計算得到激光線相對于分劃板中心線的距離Υ1、Υ2、Υ3，根據(jù)上述公式便可得到激光線入射到平行光管時與光軸的夾角α 1、α 2、α 3。根據(jù)α 1、α 2、α 3的差值的最大值判斷該激光線是否滿足直線度要求。在直線度滿足要求的情況下，根據(jù)相同的原理判斷兩條激光線的垂直度是否滿足要求。
[0060]通過測試發(fā)現(xiàn)本發(fā)明對激光投線儀的校準(zhǔn)結(jié)果檢測達(dá)到了精度要求，直線度校準(zhǔn)精度達(dá)到了 ±0.4mm/5m，垂直度校準(zhǔn)精度達(dá)到了 90° ±25°。
[0061]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
[0062]盡管本文較多地使用了后支架1、平行光管2、數(shù)字相機(jī)3、平行光管微調(diào)定位螺絲
4、光管套固定螺栓5、接口轉(zhuǎn)換件定位螺釘6、鏡頭定位套筒7、光管套8、側(cè)支架9、支架固定螺釘10、相機(jī)USB接口 11、前支架12、底座13、激光投線儀安放臺14、激光投線儀15、平行光管物鏡16、鏡頭套筒定位螺絲22、鏡頭定位套筒定位螺絲23、鏡頭套筒26、接口轉(zhuǎn)換件27等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
【權(quán)利要求】
1.一種激光投線儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:包括底座、支架、8個采樣光管；支架固定在底座上，采樣光管固定在支架上； 每個采樣光管均包括平行光管(2)、數(shù)字相機(jī)(3)、鏡頭定位套筒(7)、光管套(8)，平行光管(2)通過光管套(8)固定在支架上，鏡頭定位套筒(7)固定在平行光管(2)上，數(shù)字相機(jī)(3 )依次通過接口轉(zhuǎn)換件(27 )、鏡頭套筒(26 )與鏡頭定位套筒(7 )連接；數(shù)字相機(jī)(3 )前端設(shè)置有USB接口 ； 所述的8個采樣光管包括的8個平行光管分別為平行光管(2)、平行光管(48)、平行光管(49)、平行光管(50)、平行光管(51)、平行光管(52)、平行光管(53)、平行光管(54)； 平行光管(2 )和平行光管(54 )標(biāo)定了鉛錘面Vl ;平行光管(54 )和平行光管(53 )標(biāo)定了鉛錘面V2 ;平行光管(54)、平行光管(49)和平行光管(51)標(biāo)定了鉛錘面V3 ;平行光管(48)、平行光管(50)和平行光管(52)標(biāo)定了水平面H ;鉛錘面Vl和鉛錘面V2處在同一平面，鉛錘面V3垂直于鉛錘面Vl和鉛錘面V2所在的平面,水平面H垂直于鉛錘面V1、V2、V3所在的平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光投線儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:所述接口轉(zhuǎn)換件(27)通過接口轉(zhuǎn)換件定位螺釘(6)固定在鏡頭套筒(26)上，鏡頭套筒(26)通過鏡頭套筒定位螺絲(22)固定在鏡頭定位套筒(7)上，鏡頭定位套筒(7)通過鏡頭定位套筒定位螺絲(23)固定在平行光管(2)上，平行光管(2)通過平行光管微調(diào)定位螺絲(4)固定在光管套(8)上，光管套(8)通過光管套固定螺栓固定在支架上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種激光投線儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:所述底座為半圓形，所述支架包括前支架、后支架、側(cè)支架，后支架固定在半圓形的直邊上，前支架及側(cè)支架固定在半圓形的弧形邊上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種激光投線儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:所述支架包括上桿和下桿；下桿內(nèi)為空腔，上桿設(shè)置在空腔內(nèi)且在空腔內(nèi)上下移動，并通過固定旋鈕與下桿固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光投線儀校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于:所述上桿外表面設(shè)置有外螺紋，下桿內(nèi)表面設(shè)置有內(nèi)螺紋，上桿通過螺紋在下桿中旋進(jìn)或旋出。
【文檔編號】G01C25/00GK103499355SQ201310491282
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】許賢澤, 劉盼盼 申請人:武漢大學(xué)